Цифровой тиристорный регулятор

р)з сир ударственный коинте йо делай иеобретенн к открытий 72) Авторы изобретеии кий и циали ехнич иевскии ордена Ленина и м. 50-летия Великой Октреволюции титутическо 7) Заявител ск Й) ЦИфРОВОй ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТ управления с выключением силовытиристоров в жестко фиксированнмомент времени и принудительнымлюцением их в требуемый момент2з 1 и ГЦТакие регуляторы обеспечивасокую динамическую точность иродействие. Однако они имеютвысокую статическую точность,нейную выходную регулировочнуютеристику и требуют дополнителустройств для устранения этихтатков. ык ни А это усложняет схемы рег ров и затрудняет их настройк Наиболее близким по техни решению к предлагаемому явля цифровой тиристорный регулят держащий силовую цепь, подк 20 к питающей сети,я состоющую ледовательно соединенных дву ментов одним из которых явля блок.силовых тиристоров, а дулятоуческому етояор, солюченную из посх эле-, етсяругим 1Изобретение относится к автомати" цескому регулированию электрических величин, в частности мощности, действующего или среднего значения напряжения переменного или постоянного тока, и может быть использовано в качестве высокоточного исполнительного устройства в прецизионных цифровых системах автоматического регулирования, например температурного режима электротермического оборудоИзвестны тиристорные регуляторы электрических величин, содержащие силовую цепь из последовательно со диненных тиристорных ключей и нагр ки и управляющую цепь, содержащую последовательно соединенные датчик регулируемой величины, интегрирующее устройство, схему сравнения и устройство выключения силовых торов, принцип действия которы нован на широтно-.импульсном ме ют выбыстненелихарак .ьныя недос"нагрузка, а также цепь управления,включающую последовательно соединенные датчик регулируемого параметра,преобразователь сигнала датчика вчастоту импульсов, счетчик, схемусравнения, а также блок выключениясиловых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены свторыми входами схемы сравнения,формирователь синхронизирующих им"пульсов, вход которого подключен кпитающей сети, а выход соединен суправляющим входом блока силовыхтиристоров, причем блок выключениясиловых тиристоров включен параллельно одному из элементов силовой цепи.Принцип работы регулятора заключается в следующем.Импульс от формирователя, задающего цикл работы регулятора, включает силовой ключ и одновременноустанавливает в нулевое состояниесчетчик, На нагрузке появляется напряжение, которое, преобразуясь преобразователем напряжение-частота вчисло импульсов, подсчитывается всчетчике и в момент равенства числа импульсов в счетчике заданной величине, компаратор выдает сигналвыключения силового ключа.В зависимости от применяемогодатчика описываемый регулятор может3регулировать различные электрические величины, в частности среднее,действующее напряжение, мощность внагрузке. Он может работать как вцепях постоянного, так и переменноготока 5,основным недостатком известного регулятора является то, что в нем не учитывается влияние энергии, накопленной в цепях выключения тиристоров и разряжающейся через нагрузку при их выключении. Это снижает точность регулирования, Из-за этого также ухудшается линейность выходной регулировочной характеристики.Действительно, формирование сигнала выключения тиристоров определяется равенством числа импульсов, сформированных преобразователем напряжение-частота, и заданием. Сигнал выключения зависит только оттого напряжения, которое пропуска. ет через силовой ключ от источника питания. После выключения же тиристора к нагрузке дополнительно прик 25 влияния коммутирующих цепей (б) показан на фиг, 3,30 5 10 15 20 35 40 45 50 55 ладывается напряжение, источникомкоторого служит цепь выключения,Это напряжение также преобразуетсяв число импульсов и дополнительнозаписывается в счетчик, однако изза того, что перед следующим цикломработы регулятора счетчик сбрасывается в ноль, эта дополнительнаяинформация стирается и в процессерегулирования участия не принимает,Ошибка от этого неучтенного напряжения достигает нескольких процентов и зависит как от величины сопротивления нагрузки, так и от формынапряжения источника питания. Особенно существенной оказываетсяошибка при регулировании напряженияили мощности в цепях переменноготока, так как ее величина зависитот момента выключения силового ключа. Пример регулировочных характеристик регулятор мощности без учета коммутирующих цепей (а) и с учетом Цель изобретения - увеличение точности регулирования и обеспечение линейности регулировочной характеристики. Поставленная цель достигается тем, что в цифровом тиристорном регуляторе, содержащем силовую цепь, подключенную к питающей сети и состоящую из последовательно соединенных двух элементов, одним из которых является блок силовых тиристоров, а другим - нагрузка, а также цепь управления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого па-, раметра в частоту импульсов, счетчик, схему сравнения и блок выключения силовых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения, а также формирователь синхронизирующих импульсов, выход которого подключен к управляющим входам блока си" ловых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллельно одному из элементов силовой цепи, установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого цифрового регулятора; на фиг. 2 - функциональная схема упрощенного регулято"5 9549ра; на фиг, 3 - вид регулировочнойхарактеристики; на фиг.4" диаграммы работы регулятора;на Фиг.5- принципиальная схема блока выключения силовых тиристоров;на фиг.6- функциональная схе- ьма преобразователя напряжение-частота.функциональная схема цифрового ре"гулятора (Фиг. 1) содержит питающуюсеть 1 и подключенную к ней силовуюцепь, состоящую из последовательно 10соединенных блока силовых тиристоров2 и нагрузки 3, последовательно соединенные датчик 4 регулируемого параметра, преобразователь 5 сигналадатчика в частоту импульсов, счетчик 6, схему 7 сравнения и блок 8выключения силовых тиристоров, подключенный параллельно блоку силовыхтиристоров, а также цифровой задатчик9, выходы которого соединены с вто- юрыми входами схемы сравнения, и формирователь 10 синхронизирующих импульсов вход которого подключен кпитающей сети, а выход соединен суправляющим входом блока силовых тиристоров, нулевой установочный входсчетчика подключен к выходу схемысравнения.. Для регулирования электрическихпараметров в цепях постоянного тока, зоа также при асинхронном регулированиив цепях переменного тока формирователь синхронизирующих импульсов работает автономно.Блоком силовых тиристоров можетслужить симметричный тиристор илидва встречно-параллельно включенныхтиристора,В качестве преобразователя регулируемого параметра в частоту импуль всов (преобразователь напряжение-частота) можно использовать, например,преобразователь, выполненный по принципу интегрирования входного сигнала с переменной направления интегрирования или с импульсной обратнойсвязью (фиг. 6), который содержитинтегратор 11, двухуравневый компаратор 12, аналоговые переключатели 13,источник 4 опорного напряжения,Блоком включения силовых тиристоров может служить схема по фиг. 5,выполненная на основе тиристорныхключей 15 и коммутирующих конденсаторов 16, включенных согласно.Используя возможности современнойэлементной базы, можно упростить схему регулятора за счет применения реверсивного счетчика с возможностью записи информации. В этом случае схема 7 сравнения будет представлять собой й-входовой логический элемент ИЛИ-НЕ, Функциональная схема упрощен" ного регулятора приведена на фиг. 2. Для этого регулятора выходы задатчика 9 подключены к информационным входам реверсивного счетчика 6, а выходы счетчика подключены к входам схемы 7 сравнения, управляющий вход записи информации в счетчик подключен к выходу схемы 7 сравнения.Принцип работы цифрового регулятора основан на Фазовом методе управления силовыми тиристорами с включением их в начале каждой полуволны и выключением их в требуемый момент. Момент выключения тиристоров определяется равенством заданного и фактического значения интегральной мощности, поступившеЙ в нагрузку в течение включенного состояния силового тиристора, с учетом неучтенной мощности коммутирующих цепей; поступившей в нагрузку в предыдущем цикле уп - равления.В момент перехода напряжения пи" тающей сети с (фиг. 4) через ноль Формирователь 10 синхронизирующих импульсов формирует импульс О, который включает силовой тиристор в блоке 2. Мощность, поступающая в нагрузку, измеряется датчиком мгновенной мощности 4 0(фиг, 4), преобразуется в частоту импульсов преобразователем 5, которые суммируются в счетчике 6. Выходной код счетчика й (сравнивается с заданным й ив момент их равен" ства схемы 7 сравнения выдает импульс на выключение силового тиристора блоком 8, Одновременно этот же импульс обнуляе т счетчик 6. Мощность, поступающая в нагрузку после обнаружения счетчика, определяется энергией, накопленной в коммутирующих цепях и досчитывается в счетчике 6.Таким образом, к концу периода коммутации в счетчике будет записано число, соответствующее величине дополнительной мощности, поступившей в нагрузку. В следующем полупериоде питающей сети счетчик начинает подсчитывать мощность, начиная с записанного в нем числа, и, таким образом, учитывает в новом полупериоде мощность от цепей коммутации, неучтенную в предыдущем полупериоде.Упрощенная схема (Фиг. 2) имеет некоторые особенности. При ее работе95"992 импульсы от преобразователя 5 сосчитывают число, записанное в счетчике6, и в момент обнуления счетчика схемы 7 сравнения выдает импульс, которыйзапускает блок 8 выклюцения силовыхтиристоров и записывает в счетчик 6заданное значение регулирования, Временная диаграмма изменения состояниясчетчика показана на фиг, 4 06 11,Упрощенная схема регулятора обес Опечивает ту же динамическую и стати"цескую точность, но содержит меньшеечисло микросхем за счет упрощениясхемы сравнения,В результате учета мощности коммутации, связанной с цепями выключениясиловых тиристоров, выходная регулировоцная характеристика становитсялинейной, а статическая погрешностьстремится к нулю. 20 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 469962, кл. С 05 Г 1/30, 1975,25 2. Патент Японии У 52-25145,кл, 58 Н 2, 1977.3. Патент США й 4109 194,кл. 323- 17,1978.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке йф 2884702/24-07,кл. 0 05 Г 1/66, 1980.5. Патент США У 4095165,кл, 323- 17,1978. формула изобретения Цифровой тиристорный регулятор, содержащий силовую цепь, подключенную к питающей сети и состоящую из последовательно соединенных двух элементов, одним из которых является блок силовых тиристоров, а другим - нагрузка, а также цепь Управления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого параметра, преобразователь сигнала датчика в частоту импульсов, счетчик схему сравнения, а также блок выклюцения силовых тиристоров, цифровой задатцик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения1 формирователь синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к питающей сети, а выход соединен с управляющим входом блока силовых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллельно одному из элементов силовой цепи, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с це" лью увеличения точности регулирования и обеспечения линейности регулировоцной характеристики, установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения.та г ив жфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 914 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, Же тПодписноео комитета СССРй и открытийРаущская наб., д. 4/